Управление учебным роботом (90

Министерство образования и науки Российской федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Оренбургский государственный университет»

Кафедра систем автоматизации производства

А. И. Сергеев, М. А. Корнипаев, А. С. Русяев

УПРАВЛЕНИЕ УЧЕБНЫМ РОБОТОМ

Рекомендовано к изданию Редакционно-издательским советом федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Оренбургский государственный университет» в качестве методических указаний для студентов, обучающихся по программам высшего профессионального образования по направлениям подготовки 230100.62 Информатика и вычислительная техника, 230100.68 Информатика и вычислительная техника, 220700.62 Автоматизация технологических процессов и производств, 220700.68 Автоматизация технологических процессов и производств

Оренбург

2012

УДК 004.41/92(076) ББК 32.973-018я7

С32

Рецензент – кандидат технических наук С. В. Каменев

Сергеев, А. И.

С32 Управление учебным роботом : методические указания / А. И. Сергеев, М. А. Корнипаев, А. С. Русяев; Оренбургский гос. ун-т. – Оренбург :

ОГУ, 2012. - 24 с.

Методические указания содержат теоретические сведения о промышленных роботах. Рассмотрены технические характеристики, система команд и примеры составления управляющих программ.

Методические указания предназначены для выполнения лабораторных работ, связанных с изучением комплексов оборудования, управляемых от компьютера студентами всех форм обучения по направлениям: 230100.62, 230100.68 Информатика и вычислительная техника, 220700.62, 220700.68 Автоматизация технологических процессов и производств. Могут быть использованы студентами других специальностей и аспирантами при изучении работы гибких производственных систем.

УДК 004.41/92(076) ББК 32.973-018я7

© Сергеев А. И., Корнипаев М. А., Русяев А. С. 2012

© ОГУ, 2012

2

Содержание

3

1 Цель лабораторной работы

Цель лабораторной работы: ознакомиться с назначением и программированием учебного робота; изучить работу робота по заранее созданной управляющей программе; составить управляющую программу для робота по заданию.

2 Общие сведения о промышленных роботах

2.1 Промышленные роботы и манипуляторы

Промышленный робот – автоматическая машина, состоящая из манипулятора и устройства программного управления его движением, предназначенная для замены человека при выполнении основных и вспомогательных операций в производственных процессах.

Манипулятор – совокупность пространственного рычажного механизма и системы приводов, осуществляющая под управлением программируемого автоматического устройства или человека-оператора действия (манипуляции), аналогичные действиям руки человека.

2.2 Назначение и область применения

Промышленные роботы предназначены для замены человека при выполнении основных и вспомогательных технологических операций в процессе промышленного производства. При этом решается важная социальная задача - освобождения человека от работ, связанных с опасностями для здоровья или с тяжелым физическим трудом, а также от простых монотонных операций, не требующих высокой квалификации. Гибкие автоматизированные производства, создаваемые на базе промышленных роботов, позволяют решать задачи автоматизации на предприятиях с широкой номенклатурой продукции при мелкосерийном и штучном производстве. Копирующие манипуляторы, управляемые человеком-оператором, необходимы при выполнении различных работ с радиоактивными материалами. Кроме того, эти устройства незаменимы при выполнении работ в космосе, под водой, в химически активных средах. Таким образом, промышленные роботы и копирующие манипулято-

4

ры являются важными составными частями современного промышленного производства.

2.3 Классификация промышленных роботов

Промышленные роботы классифицируются по следующим признакам:

1)по характеру выполняемых технологических операций; а) основные; б) вспомогательные;

в) универсальные;

2)по виду производства; а) литейные; б) сварочные;

в) кузнечно-прессовые; г) для механической обработки; д) сборочные; е) окрасочные;

ж) транспортно-складские;

3)по системе координат руки манипулятора; а) прямоугольная; б) цилиндрическая; в) сферическая;

г) сферическая угловая (ангулярная); д) другие;

4)по числу подвижностей манипулятора;

5)по грузоподъемности; а) сверхлегкие (до 10 Н); б) легкие (до 100 Н); в) средние (до 2000 Н);

г) тяжелые (до 10000 Н); д) сверхтяжелые (свыше 10000 Н);

5

6)по типу силового привода; а) электромеханический; б) пневматический; в) гидравлический; г) комбинированный;

7)по подвижности основания; а) мобильные; б) стационарные;

8)по виду программы; а) с жесткой программой;

б) перепрограммируемые; в) адаптивные;

г) с элементами искусственного интеллекта;

9)по характеру программирования; а) позиционное; б) контурное;

в) комбинированное.

2.4 Принципиальное устройство промышленного робота

Манипулятор промышленного робота по своему функциональному назначению должен обеспечивать движение выходного звена и закрепленного в нем объекта манипулирования в пространстве по заданной траектории и с заданной ориентацией. Для полного выполнения этого требования основной рычажный механизм манипулятора должен иметь не менее шести подвижностей, причем движение по каждой из них должно быть управляемым. Промышленный робот с шестью подвижностями является сложной автоматической системой. Эта система сложна как в изготовлении, так и в эксплуатации. Поэтому в реальных конструкциях промышленных роботов часто используются механизмы с числом подвижностей менее шести. Наиболее простые манипуляторы имеют три, реже две, подвижности. Такие манипуляторы значительно дешевле в изготовлении и эксплуатации, но предъявляют специ-

6

фические требования к организации рабочей среды. Эти требования связаны с заданной ориентацией объектов манипулирования относительно механизма робота. Поэтому оборудование должно располагаться относительно такого робота с требуемой ориентацией.

Рассмотрим для примера структурную и функциональную схемы промышленного робота с трехподвижным манипулятором. Основной механизм руки манипулятора состоит из неподвижного звена 0 и трех подвижных звеньев 1, 2 и 3 (рисунок 1).

Рисунок 1 - Робот с трехподвижным манипулятором

Механизм этого манипулятора соответствует цилиндрической системе координат. В этой системе звено 1 может вращаться относительно звена 0 (относитель-

ное угловое перемещение ϕ10), звено 2 перемещается по вертикали относительно звена 1 (относительное линейное перемещение S21) и звено 3 перемещается в горизонтальной плоскости относительно звена 2 (относительное линейное перемещение S32). На конце звена 3 укреплено захватное устройство или схват, предназначенный для захвата и удержания объекта манипулирования при работе манипулятора. Звенья основного рычажного механизма манипулятора образуют между собой три од-

7

ноподвижные кинематические пары (одну вращательную А и две поступательные В и С) и могут обеспечить перемещение объекта в пространстве без управления его ориентацией. Для выполнения каждого из трех относительных движений манипулятор должен быть оснащен приводами, которые состоят из двигателей с редуктором и системы датчиков обратной связи.

Так как движение объекта осуществляется по заданному закону движения, то в системе должны быть устройства сохраняющие и задающие программу движения, которые назовем программоносителями. При управлении от ЭВМ такими устройствами могут быть flash-накопители, диски CD, магнитные ленты и др. Преобразование заданной программы движения в сигналы управления двигателями осуществляется системой управления (рисунок 2). Эта система включает ЭВМ, с соответствующим программным обеспечением, цифроаналоговые преобразователи и усилители. Система управления, в соответствии с заданной программой, формирует и выдает на исполнительные устройства приводов (двигатели) управляющие воздействия ui. При необходимости она корректирует эти воздействия по сигналам xi, которые поступают в нее с датчиков обратной связи.

Рисунок 2 – Функциональная схема управления промышленным роботом

8

2.5 Структура манипуляторов

Формула строения - математическая запись структурной схемы манипулятора, содержащая информацию о числе его подвижностей, виде кинематических пар и их ориентации относительно осей базовой системы координат (системы, связанной с неподвижным звеном).

Движения, которые обеспечиваются манипулятором, делятся на:

−глобальные (для роботов с подвижным основанием) - движения стойки манипулятора, которые существенно превышают размеры механизма;

−региональные (транспортные) - движения, обеспечиваемые первыми тремя звеньями манипулятора или его «рукой», величина которых сопоставима с размерами механизма;

−локальные (ориентирующие) - движения, обеспечиваемые звеньями манипулятора, которые образуют его «кисть», величина которых значительно меньше размеров механизма.

В соответствии с этой классификацией движений, в манипуляторе можно выделить два участка кинематической цепи с различными функциями: механизм руки и механизм кисти. Под «рукой» понимают ту часть манипулятора, которая обеспечивает перемещение центра схвата – точки М (региональные движения схвата); под «кистью» – те звенья и пары, которые обеспечивают ориентацию схвата (локальные движения схвата).

Рассмотрим структурную схему антропоморфного манипулятора, то есть схему которая в первом приближении соответствует механизму руки человека (рисунок 3).

9